Gubitak velike količine mekog tkiva usled povrede ili raka može zahtevati rekonstruktivnu operaciju. Ove operacije se obično oslanjaju na strukturni okvir koji drži ćelije ili tkiva zajedno napravljene od hidrogelova ili drugih biomaterijala koji pružaju podršku za rast novih krvnih sudova. Ali kada su ovi okviri napravljeni od masivnih hidrogelova, oni imaju nekoliko ograničenja koja mogu dovesti do sporog i neorganizovanog rasta krvnih sudova, što dovodi do loših ishoda pacijenata.
Da bi prevazišli ova ograničenja, istraživači sa Državnog univerziteta Pensilvanije razvili su novi sinergistički pristup koji kombinuje novi okvir (skelu) napravljen od granularnih hidrogelova sa hirurškom tehnikom koja se zove mikropunktura. Njihova pretklinička metoda, objavljena u časopisu Small, mogla bi brzo da razvije organizovane krvne sudove kod živih pacova.
„Hibridni pristup istraživača revaskularizaciji predstavlja značajan napredak u oblasti inženjeringa tkiva i regeneracije. Ova tehnika bi se mogla primeniti na niz stanja krvnih sudova koja se nalaze kod kardiovaskularnih bolesti, kao što je koronarna bolest srca, najčešći tip bolesti. bolesti srca u SAD“, rekla je dr Tuba Fer, programska direktorka u NIBIB odeljenju za nauku i tehnologiju otkrića.
Hirurška mikropunkcija je pretklinička procedura koju je razvio ko-stariji autor studije Dino Ravnić, D.O., Hak katedra za regenerativnu medicinu i hirurške nauke na Penn State College of Medicine. Procedura uključuje male, precizne rezove u krvnim sudovima, što ubrzava vaskularizaciju. Dok novi krvni sudovi mogu brzo da rastu, prethodne studije pokazuju da ne formiraju dobro organizovane obrasce kada se kombinuju sa velikim hidrogelnim skelama.
Da bi podstakli krvne sudove da rastu na uređeniji način, viši autor studije i glavni istraživač dr Amir Šeikhi, Doroti Foer Hak i Katedra za ranu karijeru u oblasti biomaterijala i regenerativnog inženjeringa na Državnom univerzitetu Pensilvanije, Doroti Foer Hak i J. Lojd Hak, razvili su protein skele na bazi granuliranog hidrogela. Napravljeni su od čestica hidrogela (mikrogelova) koje su hiljadu puta veće od polimernih lanaca/nanočestica koje se nalaze u skelama hidrogela. Nanočestice stvaraju manje pore koje imaju ograničenu organizaciju krvnih sudova i međusobnu povezanost u hidrogelovima.
Nasuprot tome, mikrogelovi stvaraju veće pore koje omogućavaju brzo urastanje ćelija i vaskularizaciju. Da bi se vodila arhitektura krvnih sudova, mikrogelovi su kreirani u različitim veličinama (mali, srednji i veliki).
„Da bismo formirali obrasce za krvne sudove, prilagodili smo prazne prostore (pore) među mikrogelovima tako što smo promenili njihovu veličinu. Što su mikrogelovi manji, srednji prečnik pora je manji, a interkapilarna razdaljina je manja kada se krvni sudovi formiraju“, rekao je Šeikhi. .
Evaluacija na životinjskim modelima
Istraživači su zatim procenili njihov hibridni pristup kod živih pacova. Pre implantacije svojih granuliranih hidrogelnih skela u primaoca, istraživači su izvršili vaskularnu mikropunkciju kako bi ubrzali formiranje novih krvnih sudova. Perforacije se prave mikroiglama kako bi se osiguralo da nema krvnih ugrušaka ili značajnog krvarenja. Zatim, nakon implantacije granularnih skela, istraživači su uporedili svoj hibridni pristup sa pacovima koji su primili hidrogel skele sa ili bez mikropunkcije.
Tokom jedne nedelje, imunofluorescentno bojenje je pokazalo da je hibridni pristup rezultirao značajnijim povećanjem migracije i akumulacije ćelija unutar tkiva (ćelijska infiltracija) u poređenju sa drugim studijskim grupama.
Istraživači su takođe merili protok krvi (perfuziju) u toku jedne nedelje ubrizgavanjem boje u krvne sudove pacova i korišćenjem veštačke inteligencije za otkrivanje i merenje.
Nakon što su identifikovali granularnu skelu sastavljenu od mikrogela srednje veličine kao optimalnu za revaskularizaciju, istraživači su želeli da utvrde da li je dodavanje mikropunkcije napravilo razliku. Istraživači su primetili veću perfuziju i dužu dužinu krvnih sudova i, u proseku, veću vaskularnu gustinu i prečnik krvnih sudova, u grupi pacova koji su primili hibridni pristup od grupe koja je dobila samo skele.
„Perfuzija u uzorkovanim krvnim sudovima ukazuje da je nova mreža krvnih sudova funkcionalna, međusobno povezana i vođena mikroarhitekturom granularnih hidrogelnih skela. To predstavlja značajan napredak u tkivnom inženjeringu pre kliničkog prevođenja“, rekao je Šeikhi.
Istraživači planiraju da nastave da istražuju svoj hibridni pristup kod malih životinja kako bi bolje razumeli procese, a zatim sproveli istraživanje na velikim životinjama, a na kraju i na ljudima.
